三篇复合材料增强材料94页PPT
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玻璃纤维是复合材料中使用量最大的一种增强材料。
国外玻璃纤维特点：
1. 技术上先进，普遍采用池窑拉丝技术，发展多排 多孔拉丝工艺
2. 直径越来越粗，纤维直径为14~24μm，甚至达到 27μm
3. 大量生产无碱玻纤，无纺织玻璃纤维织物
4. 无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加，偶 联剂的品种不断增加 5. 重视纤维－树脂界面的研究，玻璃纤维的前 处理受到普遍重视
E C S G-20 A
SiO2
54.1± 0.7
54.5± 0.7
67.5± 0.7 66.8
53.5 65.0 64.3 71.0 72.0
Al2O3
15.0± 0.5
13.8± 0.5 6.6± 0.5 4.7
16.3 4
25.0 1.0 0.6
国内外常用玻璃纤维的成分 CaO MgO ZrO2 B2O3
(3) 以纤维外观分类
有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用 于纺织)；短切纤维；空心玻璃纤维；玻璃粉及 磨细纤维等。
(4) 以纤维特性分类 以纤维本身具有的性能可分为：高强玻璃纤
维；高模量玻璃纤维；耐高温玻璃纤维；耐碱 玻璃纤维；耐酸玻璃纤维；普通玻璃纤维(指 无碱及中碱玻璃纤维)。
无捻粗纱
这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。 一般以不同的含碱量来区分：
无碱玻璃纤维(通称E玻璃)： 国内目前规定碱金属氧化物含量不大于0.5％，国外 一般为1％左右；
中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为11.5％－12.5％；
特种玻璃纤维：如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃 纤维；镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维；硅铝钙镁系 耐化学介质腐蚀玻璃纤维；含铅纤维；高硅氧纤维； 石英纤维等。
网络结构假说
玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或 硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络 间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。 二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃 性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称为网 络改性物。
玻璃纤维结构示意图
7.2.3 玻璃纤维的化学组成
玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅(SiO2)、三 氧化二硼(B2O3)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3) 等
16.5± 0.5
16.2± 0.5
9.5± 0.5
8.5
4.5± 0.5 4.0± 0.5
4.2± 0.5
4.2
9.0± 0.5 9.0± 0.5
3
17.3 4.4
8
14
3
6
10.3
16.0
10 Fra Baidu bibliotek.5
Na2O K2O
<0.5
<2.0
11.5± <0.5 0.5 12
0~3 8 0.3
2.49 14.2
加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成玻 璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。
玻璃纤维化学成分的制定一方面要满足玻璃纤维 物理和化学性能的要求，具有良好的化学稳定性；另 一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、 硬化速度及粘度范围。
玻璃 纤维 种类 无碱1#
无碱2#
无碱5#
中碱 B17
第三篇 复合材料增强材料
• 玻璃是一种以脆闻名的物质。有趣的 是，玻璃一旦经加热，被拉制成比头 发还要细得多的玻璃纤维之后，它就 变得像合成纤维那样柔软，而坚韧的 程度甚至超过了同样粗细的不锈钢丝！
玻璃纤维有啥用处呢？
• 玻璃绳 • 玻璃布 • 绝缘材料 • 玻璃纤维复合材料 • 玻璃棉 • 纤维内窥镜 • 光导纤维
以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃； 以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。 氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可 以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的气泡容 易排除，它主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而 达到助溶的目的。 氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电 绝缘性和化学稳定性会相应的降低
玻璃粉 短切纤维
7.2 玻璃纤维的结构与组成
7.2.1 玻璃纤维的物态
•玻璃纤维是纤维状的玻璃。 •玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体。 •定义：
由熔融态过冷时因粘度增加而具有固体物理机 械性能的无定形物体，各向同性的均质材料。
•特点：没有固定的熔点
7.2.2 玻璃纤维的结构
微晶结构假说：
玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子” 组成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷溶 液所填充。
(2) 以单丝直径分类
玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分 成几种：
粗纤维： 30μm；初级纤维：20μm 中级纤维：10μm～20μm； 高级纤维：3μm～10μm(亦称纺织纤维)； 超细纤维：单丝直径小于4μm。
单丝直径的不同，不仅纤维的性能有差异， 而且影响到纤维的生产工艺、产量和成本。一般 5μm－10μm纤维作为纺织制品用；10μm－14μm 的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等 较为适宜。
E—无碱玻璃纤维；C—耐酸；S—高强；G-20抗碱；A—普通有碱
7.3 玻璃纤维的性能
7.3.1 玻璃纤维的物理性能
1. 外观和密度 玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体，表面光滑，
纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。 玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较为密实， 有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。
三篇复合材料增强材料
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
• 用于内窥镜的照明、冷光传导 单丝直径35微米,通光口径1---30 mm,保护层为不锈钢金 属软管+硅胶管
• 透光率高，柔软性好
• 纤维光缆的结 构和单个的纤 维。注意光缆 的横切面至少 30％被低折射 指数的金属包 层和非传导性 填充材料所占 据。
工业内窥镜
7.1.1 玻璃纤维的发展状况
国内玻璃纤维特点：
较国外起步较晚，中碱玻璃纤维仍然占大多 数，正向粗纤维方向发展，池窑拉丝工艺正在推 广，新型偶联剂不断出现，改善了纤维－树脂界 面，重视纤维-树脂界面的研究。
7.1.2 玻璃纤维的分类
玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻 璃原料成分、单丝直径、纤维外观及纤维 特性等方面进行分类。
(1) 以玻璃原料成分分类
国外玻璃纤维特点：
1. 技术上先进，普遍采用池窑拉丝技术，发展多排 多孔拉丝工艺
2. 直径越来越粗，纤维直径为14~24μm，甚至达到 27μm
3. 大量生产无碱玻纤，无纺织玻璃纤维织物
4. 无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加，偶 联剂的品种不断增加 5. 重视纤维－树脂界面的研究，玻璃纤维的前 处理受到普遍重视
E C S G-20 A
SiO2
54.1± 0.7
54.5± 0.7
67.5± 0.7 66.8
53.5 65.0 64.3 71.0 72.0
Al2O3
15.0± 0.5
13.8± 0.5 6.6± 0.5 4.7
16.3 4
25.0 1.0 0.6
国内外常用玻璃纤维的成分 CaO MgO ZrO2 B2O3
(3) 以纤维外观分类
有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用 于纺织)；短切纤维；空心玻璃纤维；玻璃粉及 磨细纤维等。
(4) 以纤维特性分类 以纤维本身具有的性能可分为：高强玻璃纤
维；高模量玻璃纤维；耐高温玻璃纤维；耐碱 玻璃纤维；耐酸玻璃纤维；普通玻璃纤维(指 无碱及中碱玻璃纤维)。
无捻粗纱
这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。 一般以不同的含碱量来区分：
无碱玻璃纤维(通称E玻璃)： 国内目前规定碱金属氧化物含量不大于0.5％，国外 一般为1％左右；
中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为11.5％－12.5％；
特种玻璃纤维：如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃 纤维；镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维；硅铝钙镁系 耐化学介质腐蚀玻璃纤维；含铅纤维；高硅氧纤维； 石英纤维等。
网络结构假说
玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或 硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络 间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。 二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃 性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称为网 络改性物。
玻璃纤维结构示意图
7.2.3 玻璃纤维的化学组成
玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅(SiO2)、三 氧化二硼(B2O3)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3) 等
16.5± 0.5
16.2± 0.5
9.5± 0.5
8.5
4.5± 0.5 4.0± 0.5
4.2± 0.5
4.2
9.0± 0.5 9.0± 0.5
3
17.3 4.4
8
14
3
6
10.3
16.0
10 Fra Baidu bibliotek.5
Na2O K2O
<0.5
<2.0
11.5± <0.5 0.5 12
0~3 8 0.3
2.49 14.2
加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成玻 璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。
玻璃纤维化学成分的制定一方面要满足玻璃纤维 物理和化学性能的要求，具有良好的化学稳定性；另 一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、 硬化速度及粘度范围。
玻璃 纤维 种类 无碱1#
无碱2#
无碱5#
中碱 B17
第三篇 复合材料增强材料
• 玻璃是一种以脆闻名的物质。有趣的 是，玻璃一旦经加热，被拉制成比头 发还要细得多的玻璃纤维之后，它就 变得像合成纤维那样柔软，而坚韧的 程度甚至超过了同样粗细的不锈钢丝！
玻璃纤维有啥用处呢？
• 玻璃绳 • 玻璃布 • 绝缘材料 • 玻璃纤维复合材料 • 玻璃棉 • 纤维内窥镜 • 光导纤维
以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃； 以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。 氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可 以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的气泡容 易排除，它主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而 达到助溶的目的。 氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电 绝缘性和化学稳定性会相应的降低
玻璃粉 短切纤维
7.2 玻璃纤维的结构与组成
7.2.1 玻璃纤维的物态
•玻璃纤维是纤维状的玻璃。 •玻璃是无色透明具有光泽的脆性固体。 •定义：
由熔融态过冷时因粘度增加而具有固体物理机 械性能的无定形物体，各向同性的均质材料。
•特点：没有固定的熔点
7.2.2 玻璃纤维的结构
微晶结构假说：
玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子” 组成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷溶 液所填充。
(2) 以单丝直径分类
玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分 成几种：
粗纤维： 30μm；初级纤维：20μm 中级纤维：10μm～20μm； 高级纤维：3μm～10μm(亦称纺织纤维)； 超细纤维：单丝直径小于4μm。
单丝直径的不同，不仅纤维的性能有差异， 而且影响到纤维的生产工艺、产量和成本。一般 5μm－10μm纤维作为纺织制品用；10μm－14μm 的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等 较为适宜。
E—无碱玻璃纤维；C—耐酸；S—高强；G-20抗碱；A—普通有碱
7.3 玻璃纤维的性能
7.3.1 玻璃纤维的物理性能
1. 外观和密度 玻璃纤维呈表面光滑的圆柱体，表面光滑，
纤维之间的抱合力非常小，不利于和树脂粘结。 玻璃纤维彼此相靠近时，空隙填充得较为密实， 有利于提高玻璃钢制品的玻璃含量。
三篇复合材料增强材料
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
• 用于内窥镜的照明、冷光传导 单丝直径35微米,通光口径1---30 mm,保护层为不锈钢金 属软管+硅胶管
• 透光率高，柔软性好
• 纤维光缆的结 构和单个的纤 维。注意光缆 的横切面至少 30％被低折射 指数的金属包 层和非传导性 填充材料所占 据。
工业内窥镜
7.1.1 玻璃纤维的发展状况
国内玻璃纤维特点：
较国外起步较晚，中碱玻璃纤维仍然占大多 数，正向粗纤维方向发展，池窑拉丝工艺正在推 广，新型偶联剂不断出现，改善了纤维－树脂界 面，重视纤维-树脂界面的研究。
7.1.2 玻璃纤维的分类
玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻 璃原料成分、单丝直径、纤维外观及纤维 特性等方面进行分类。
(1) 以玻璃原料成分分类